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在真核mRNA的5’-末端的帽子结构包含一个7-甲基尿苷（m7G），该部分通过5’-5’三磷酸桥连接到转录本的第一个核苷酸上。该帽子结构具有许多重要的生物学作用，如保护mRNA不被降解、指导mRNA前体的剪接以及mRNA从细胞核的输出。此外，帽子结构可以稳定mRNA，保证其被真核生物翻译起始因子4E（eIF4E）有效识别并翻译。而5’端未被帽子结构保护的RNA，如某些新生成的病*RNA，则会被细胞当作“异己”被排除，但是，一些病*可以通过机智的与宿主的协同进化的方式来保存自己，比如某些RNA病*。
RNA病*（包括最近流行的新冠病*）一直以来都是人类健康的一大威胁，而RNA病*感染后的生存和增殖将依赖于宿主细胞的许多过程，其中就包括细胞转录机制。最典型的例子就是RNA病*的一大亚门——分段负链RNA病*（sNSV），包括高传染性的甲型流感病*（IAV）和拉沙病*（LASV）。sNSV不能自主合成其mRNA的5’-帽子结构，但是其病*聚合酶可以切割宿主细胞内的mRNA的5’-帽子结构，并利用由此产生的寡核苷酸作为其转录的启动，这一“抢帽”（cap-snatching）机制（图1）涉及病*的帽结合位点和RNA内切酶，具有病*特异性，且对病*的增殖至关重要。由此产生的病*转录本是宿主和病*序列的遗传杂交，同时由宿主衍生的5’-端序列具有高度多样性，一旦形成，病*mRNA就能被宿主机制翻译成蛋白。
图1sNSV转录期间的“抢帽”机制
在真核生物中，核糖体翻译通常先识别具有5’-端帽子结构的mRNA，而其后一般跟着长度为几十到几百核苷酸的非翻译区（UTR），然而，越来越多的研究表明，翻译可以在很大一部分真核mRNA的5’-UTR中启动，有时非常接近5’-帽子结构，从而产生上游开放阅读框（uORF）。那么sNSV通过宿主获取的5’-端RNA序列是否可以使其获得具有功能的上游启动密码子（uAUG）呢？这样的杂交基因对于病*的感染又有什么特别的作用呢？
近日，来自美国西奈山伊坎医学院的IvanMarazzi研究团队在Cell上在线发表题为HybridGeneOriginationCreatesHuman-VirusChimericProteinsduringInfection的文章，发现RNA病*如流感病*感染过程中，被“抢帽”的宿主转录本中的起始密码子可以产生具有编码潜能的嵌合人-病*mRNA，这种被称为“起始抢夺”的机制使得宿主和病*的UTR得以翻译，通过基因叠加产生N-末端延伸的病*蛋白或者全新的多肽，从而引起T细胞反应，促进*性。以此提出了病*感染期间一种新的宿主依赖性的允许杂交基因产生的机制。
除了传统的“抢帽”机制来表达编码典型病*蛋白的病*基因（图2，OUTCOME1），倘若宿主序列内的AUG可以产生具有编码潜力的上游宿主-病*嵌合ORF（即“起始抢夺”机制）的话，根据阅读框的不同，宿主来源的上游起始密码子（uAUG）可能启动两个新的编码N末端延伸的病*蛋白的嵌合基因的合成，或者产生一个叠加在典型的病*ORF上的完全新的蛋白质（图2，OUTCOME2）。而这两个结果将依赖于两个假设：1）uAUG存在于被抢帽的宿主序列中，并且能够启动翻译；2）从病*UTR转录的5’mRNA应该缺少终止密码子。
图2宿主来源的被抢帽RNA序列驱动的病*蛋白形成的模式图为了证明第一个假设，本文的研究人员测定了感染IAV的A细胞产生的去帽和5’末端测序（DEFEND-seq）数据库中的被抢帽的宿主序列中的uAUG丰度，结果证明IAV抢帽序列中包含uAUG，同时表明在感染时，病*和宿主细胞似乎都不能阻止具有杂交编码潜力的嵌合RNA的形成。对于第二个假设，生物信息学分析发现IAV的8个基因组片段中有5个（PB2、HA、NP、NA和NS）的5’-UTR缺少与主要ORF同框的上游终止密码子，而上游病*ORF（uvORF）存在于所有8个基因组片段中，因此，若获得含有uAUG的宿主来源的RNA，则可以产生不同长度的多肽。
如果被抢帽的宿主uAUG确实能够启动病*5’-UTR的翻译，那么病*mRNA的5’-末端应该被起始核糖体所结合。基于此，本文研究人员随后在三尖杉酯碱（其可以阻止80S起始复合物从头合成的延伸，但不会阻止已经参与延伸的复合物）的存在下，对感染的细胞进行核糖体谱分析。结果显示，尽管启动频率低于经典的起始密码子，但是在病*mRNA嵌合体中，翻译可以由被抢帽的宿主来源的uAUG所启动。进一步地，为了证明这类人-病*嵌合蛋白在感染过程中的表达，研究人员对来自感染细胞的细胞裂解物进行了质谱分析，鉴定出了IVA感染细胞中两种不同的多肽，分别来自于IAV的PB1和PB2片段中的长的重叠的uvORF，称为PB1-UFO和PB2-UFO（UFO：UpstreamFrankensteinORF，上游奇特ORF），以及一个由NP片段中UTR编码的N末端延伸蛋白（NP-ext）。通过对三个蛋白的定量分析表明，尽管它们的含量不如典型的病*蛋白丰富，但是它们在感染细胞内的表达水平都是可以检测到的，由此证实，在IAV感染期间，N端延伸和重叠的uvORF被合成，并在感染细胞中以适当的丰度表达，而且深入实验表明其可被T细胞识别，被适应性免疫系统检测到。与此同时，研究人员还发现uvORF的敲除虽然不会影响病*的复制，但是uvORF可以调节病*在体内感染的严重程度。
此外，研究人员证实，NP-ext和PB1-UFO在IAV的多个病*株中高度保守。进一步的分析表明，PB1-UFO的保守性在很大程度上取决于保持PB1-ORF的病*UTR核苷酸序列和氨基酸序列的需要，也表明PB1-UFOORF的进化在很大程度上受到趋同选择压力的限制。值得注意的是，高亲和力的HLA表位对主要集中在保守性低的PB1-UFO区域，提示PB1-UFO的免疫相关压力可能导致蛋白质的一些多样性选择。
那么，在IAV中发现的这种“起始抢夺”机制是否也适用于其他类型的sNSV呢？答案是肯定。这种嵌合病*-宿主ORF的产生是sNSV的共同特征。而考虑到病*mRNA和蛋白质是感染细胞中表达最丰富的生物类型之一，研究人员认为所有具有“抢帽”机制的病*都可以通过从宿主细胞抢走起始uAUG来扩展其蛋白质组。
综上所述，本研究揭示了病*-宿主之间的一种新关系，描述了一种由sNSV产生的嵌合型宿主-病*基因的机制，即“起始抢夺”，其几乎适用于所有类型的sNSV，包括主要的人类病原体IAV和LASV，并且该机制可以启动病*mRNA中宿主来源序列中的uAUG，从隐藏的uvORF起始翻译蛋白质，从而可以在感染的细胞中检测到嵌合型宿主-病*蛋白的表达，这些蛋白或是具有N末端延伸的典型病*蛋白，或是叠加在典型病*ORF上的新产生的UFO蛋白，以此从宿主mRNA序列中选择起始密码子来扩展病*自身的蛋白质组，从而调节病*的感染能力。
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